【文獻閱讀】中加科學家聯合發現馬爾堡病毒基因組的廣泛變異!

2021-01-15 病毒學界

          6月13日,河南省疾控中心傳染病研究所及加拿大國家微生物學實驗室的Haiyan Wei和加拿大馬尼託巴大學醫學微生物學系的Jonathan Audet合作在Nature子刊scientific reports雜誌上發表論文,用令人驚訝的精度研究了馬爾堡病毒安哥拉變異株在適應新宿主時的變異。他們的研究發現兩個區域經歷著大量改變,即NP和VP35基因之間的區域和VP40蛋白的前100個胺基酸,也揭示了在病毒適應新宿主時,只有少數區域攜帶大部分的變異,且許多變異在適應的早期就基本固定了的現象。該工作是首次對馬爾堡病毒適應宿主變異的細緻的研究,完善了對馬爾堡病毒與毒力相關基因變異的認識,且為伊波拉病毒的監測提供了新的思路。

The first study of this type filovirus to show a detailed glimpse into the changes which occur during virus adaption to a new host.

These results showed "hot-spots" for adaptation and monitoring of adaptation.

Understand the sequence and frequencies of mutations during adaptation will allow better monitoring of MARV and the related ebolaviruses.


        馬爾堡病毒屬於絲狀病毒科馬爾堡病毒屬。該屬包括一個馬爾堡病毒種,它包含兩種病毒:馬爾堡病毒和拉夫病毒(Ravn virus )。馬爾堡病毒從1967年被發現就開始引起絲狀病毒出血熱的爆發,致死率20%到90%。最大且最致命的爆發是在2005年的安哥拉,引起病例252例和死亡227例。它發現於果蝠,是一種動物源性疾病。已從非洲捕獲的果蝠分離出活的複製完全的病毒。近期研究發現兩種病毒及其變異體可以在相同的蝙蝠聚居地流行。

        馬爾堡病毒可以引起像伊波拉病毒一樣致死的爆發,應對它的策略,如疫苗和治療方面,還很不成熟。很大程度上因為優良的小動物適應的病毒株的缺失。2014年,作者及團隊研發了一種以安哥拉變異株為基礎的適應了老鼠的馬爾堡病毒,選擇這個變異株是因為它引起了迄今最大最致命的疫情爆發。2016年,他們對該毒株在SCID老鼠上經24次傳代後的肝勻漿和兩次細胞培養物的上清進行深度測序,以觀察病毒適應新宿主時基因組的變異。

        研究者通過給新的老鼠注射感染後7天的老鼠的肝勻漿,使病毒適應新宿主。這些勻漿都保存下來,以獲得病毒RNA。他們將第24次傳代後的肝勻漿接種於Vero E6細胞,經兩次傳代,得到病毒儲備物。

       通過對傳代24次產物的基因組用3-6kb的6個重疊的片段(以A至F命名)進行擴增,研究者發現某些代的基因及F片段不能被擴增(如圖1.A,紅色為片段已擴增的,藍色為片段不能被擴增的)。

                     Fig 1.A      Summary of the PCR amplifcation

       接著,研究者對24份肝勻漿和病毒儲備物的上清進行了核酸提取,RT-PCR,1%瓊脂糖凝膠鑑定,試劑盒純化,擴增子濃縮,文庫構建及MiSeq測序儀(Illumina)的深度測序,結果如圖1.B,Stock是病毒儲備物,高亮的部分為編碼區。

                     Fig1.B        MiSeq sequencing coverage

       研究者發現該病毒適應新宿主時經歷了一些變異,共發現54個沉默突變(如圖1.B),其中只有7個在病毒儲備物中還存在。發生了最多變異的VP40蛋白,共出現19個變異,集中於前100個N-末端胺基酸,它的變異開始得很早。糖蛋白(GP)也有大量變異,多在粘蛋白樣結構域,但它的變異沒有一個在病毒群變得主導,且僅在第13到19代檢測到。NP和L蛋白每個有8個變異,到第24代,每個蛋白只有1個變異在病毒群起主導作用。L蛋白從第5代開始積累變異,NP則從第13代開始。VP35有6個變異,5個在前50個N-末端胺基酸,開始於第5代。VP30有6個變異,4個在前100個N-末端胺基酸,所有變異只發現於第16到21代。VP24隻經歷了2個變異,有趣地是,V157M變異出現在第4代且在第7代時變得主導(如圖2)。

Fig 2. Non-silent mutations in coding regions over virus passages in SCID mice

       研究者在非編碼區也發現了變異(如圖3)。大部分非編碼區有4個變異或更少,且它們大部分僅存在1代或很少代,也沒有達到病毒群很高的百分比。VP24的3『起始端和非編碼區沒有任何改變。NP非編碼區5』末端有大量變異,共19次,它們大多是成簇地,到第24代變得固定。這些區域外,只有3個變異變得固定或接近固定,分別在VP35,VP40和GP的非編碼區。VP35和VP40對病毒的免疫侵入很重要。近期研究揭示了在西非伊波拉病毒爆發時獲得的序列上,相當於非編碼區的一個相似的變異,致其毒力增加。


Fig 3. Mutations in non-coding regions over virus passages in SCID mice

       研究者還發現大量第24代的變異在生產病毒儲備物時丟失,但出現了一些新的突變(如圖4,每個豎線代表一個突變),他們認為細胞培養導致了病毒的選擇和變異。這些新變異集中於NP蛋白的C-末端和非編碼區,及VP35的非編碼區。大部分頻率低於5%的突變在第24代丟失,除了VP40兩個變異(L27S和N42H),從第24代病毒群的5%躍至病毒儲備物的100%。經過細胞傳代,VP35的非編碼區的所有變異都固定了。細胞傳代獲得的突變在病毒儲備物中以更低(9-13%)或很高(89-100%)的頻率出現。對這個病毒儲備物先前用Sanger 測序鑑定的全部變異也被發現,除了位置19104和19105的變異。研究者通過NP-VP35基因間的新突變,認為對細胞培養的適應影響了病毒的基因序列而不是蛋白。

Fig 4.Location and frequency of each mutation at Passage 24 and in the Virus Stock

       這是首次對馬爾堡病毒適應新宿主時發生變異的詳盡的觀察,且揭示了病毒適應宿主和人們監視適應的「熱點」(NP的5』非編碼區,VP40前100個胺基酸及VP35),完善了對病毒適應宿主基因組變異的認識,也為伊波拉病毒監測提供了新的思路。


Title:Deep-sequencing of Marburg virus genome during sequential mouse passaging and cell-culture adaptation reveals extensive changes over timeAbstract:Marburg virus (MARV) has caused outbreaks of floviral hemorrhagic fever since its discovery in 1967.The largest and deadliest outbreak occurred in Angola in 2005, with 252 cases and 227 deaths. In 2014, we developed a mouse-adapted MARV, Angola variant through serial passaging in mice. The mouse-adapted MARV exhibits many of the hallmarks of MARV disease in humans. By applying deepsequencing to every passage of the virus, we are able to study virus evolution in this host with surprising precision. We show that two regions go through substantial changes: the intergenic region between NP and VP35, as well as the frst 100 amino acids of the VP40 protein. Our results also reveal that there were profound changes during the production of the fnal virus stock in cell culture. Overall, our results show that a handful of regions carry most of the mutations acquired during the adaptation of the virus to a new host and that many mutations become fxed very early during the adaptation process.DOI:10.1038/s41598-017-03318-3

撰文:烏龜,本期編輯:Bioclock

本文為病毒學界原創,歡迎轉載,轉載請註明出處!

Long-press QR code to transfer me a reward

As required by Apple's new policy, the Reward feature has been disabled on Weixin for iOS. You can still reward an Official Account by transferring money via QR code.

相關焦點

  • 分子計算機檢測伊波拉病毒和馬爾堡病毒
    根據世界衛生組織的最新報告,早期發現是減緩伊波拉病毒爆發的關鍵,例如目前正在西非蔓延的伊波拉疫情,估計已經感染了近1000人 。研究人員說,分子計算機有朝一日可以簡化生物醫學分析的分析,就像那些用於診斷伊波拉病毒的分析一樣。
  • PNAS: 科學家首次發現伊波拉病毒和馬爾堡病毒的受體
    儘管經過大量研究,關於致命性的線狀病毒伊波拉病毒和馬爾堡病毒的細胞受體,至今還沒有找到。這裡,研究人員發現T細胞免疫球蛋白和粘蛋白結構域1(即TIM-1)結合到薩伊伊波拉病毒(EBOV)糖蛋白的受體結合結構域,以及在一些伊波拉病毒很少感染的細胞裡TIM-1的異常表達能夠10到30倍地提高EBOV對它們的感染能力。
  • 馬爾堡病毒肆虐安哥拉
    同時,在盧安達也發現了8例疑似病例,其中2例已經確診。世衛組織說,由於與感染者和死者接觸的親屬較多,潛在的感染者人數還可能增加,因此,馬爾堡疫情尚未完全得到控制。但世界衛生組織同時強調,此次馬爾堡疫情仍屬地區性疫情,遠沒有達到發出「國際旅遊勸阻警報」的程度,因此,國際社會不必過度驚慌。    馬爾堡病毒首次於1967年在德國馬爾堡市的一家實驗室中發生傳染而得名。
  • 病毒小百科(第3期)——馬爾堡病毒:毒力與伊波拉病毒媲美的病毒
    該病毒為什麼會受到如此重視?這得從頭說起。馬爾堡病毒的發現與爆發狀況馬爾堡病毒首次出現於1967年8月,在德國的馬爾堡、法蘭克福,和前南斯拉夫的貝爾格拉德,實驗室的工作人員感染了一種未知的傳染病。經過科學家的努力,分離得到的病原體是一種前所未見的絲狀病毒,並以當時發病最多的馬爾堡命名為馬爾堡病毒,由於該病毒引起的病症多為發熱及出血,遂將該病毒引起的疾病命名為馬爾堡出血熱。圖:1967年馬爾堡病毒爆發中分離的病毒的電子顯微鏡照片。
  • 文獻閱讀|新冠病毒基因組結構與調控機制
    新冠病毒屬於RNA病毒冠狀病毒屬,目前大多數研究關注的是病毒蛋白的結構與功能,而對於RNA基因組元件的了解還很少。冠狀病毒基因組RNA具有保守的5『和3』非翻譯區(UTR),此外還具有程序性核糖體移碼假結,能夠實現ORF1通讀,翻譯出病毒多聚體蛋白。這些特殊的RNA結構在病毒生命周期中都發揮重要的作用。
  • 伊波拉姊妹病毒,致死率可達90%的馬爾堡病毒的自然宿主...
    點擊查看 科學家已在近200種蝙蝠身上發現超過4100種病毒,其中冠狀病毒超過500多種。蝙蝠是自然界中最大的病毒庫之一,由於其自身的生理特性和特殊的免疫系統,蝙蝠對大多數病毒表現出較強的耐受力,因此是許多病毒的天然宿主。
  • 伊波拉姊妹病毒,致死率可達90%的馬爾堡病毒的自然宿主終於被發現了,還有人養它當寵物
    科學家已在近200種蝙蝠身上發現超過4100種病毒,其中冠狀病毒超過500多種。蝙蝠是自然界中最大的病毒庫之一,由於其自身的生理特性和特殊的免疫系統,蝙蝠對大多數病毒表現出較強的耐受力,因此是許多病毒的天然宿主。
  • 重大發現!新冠病毒基因組特徵確認了來源,科學家發現新冠病毒「最危險」毒株
    據外媒報導,一組西方計算機科學家和生物學家通過使用機器學習,為29個不同的COVID-19 DNA序列確定了潛在的基因組特徵。「超快速、可擴展、高精度」分類系統使用新的基於圖形的專用軟體和決策樹方法來說明分類,並從所有可能的結果中得出最佳選擇。整個方法使用一個新的基於圖形的專用軟體來說明所有測試結果中的最佳選擇。
  • 伊波拉姊妹病毒,致死率可達90%的馬爾堡病毒的自然宿主被證實為蝙蝠
    科學家已在近200種蝙蝠身上發現超過4100種病毒,其中冠狀病毒超過500多種。蝙蝠是自然界中最大的病毒庫之一,由於其自身的生理特性和特殊的免疫系統,蝙蝠對大多數病毒表現出較強的耐受力,因此是許多病毒的天然宿主。
  • 科學家稱在英國新冠變異毒株中發現17種突變 意義重大
    據英國《每日郵報》16日報導,英國新冠病毒基因組學聯合會(簡稱英國COG)的科學家稱,他們在英國傳播的新型變異新冠病毒的刺突蛋白中發現了17種突變。英國COG的科學家發現這種變異病毒的毒株後一直在對其進行研究。他們表示,已經在進化的毒株中發現了17種突變。
  • 巨型病毒的廣泛內生作用塑造了綠藻的基因組
    巨型病毒的廣泛內生作用塑造了綠藻的基因組 作者:小柯機器人 發布時間:2020/11/22 23:46:20 美國維吉尼亞理工大學Frank O.
  • 馬爾堡病毒的實時螢光RT-PCR檢測方法研究
    洪燁,鄭夔,相大鵬,黃吉城,戴俊,師永霞,李小波,幸蘆琴,郭波旋,鄧燕鳳    廣東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心,廣東 廣州 510623    摘要:目的 建立馬爾堡病毒的實時螢光RT-PCR檢測方法。
  • 專家解碼中疾控公布的基因組序列:北京新發地病毒為輸入性
    來源:一財網原標題:專家解碼中疾控公布的基因組序列:北京新發地病毒為輸入性北京疫情再起,病毒到底起源於何處?何時傳入北京?經過病毒專家日夜奮戰,有了初步的科學結論:這是一種輸入性病毒。6月18日晚,中國疾病預防控制中心通過「新型冠狀病毒國家科技資源服務系統」,正式發布2020年6月北京新發地市場新冠疫情及病毒基因組序列數據。
  • 變異新冠病毒或已在美傳播 變異新冠病毒是原始病毒的「升級版」嗎?
    那麼,應如何看待新冠病毒變異?英國這次報告的變異病毒是否具有更強的致病性及致命性?疫苗會不會就此失效?病毒常「犯錯」儘管「病毒在持續變異」這句話聽來讓人膽戰心驚,但事實上,為適應不同宿主,變異是病毒自我複製過程中的「常態」。
  • Nat Microbiol:在中國雲南蝙蝠中發現一種新的絲狀病毒---勐臘病毒
    2019年1月14日/生物谷BIOON/---在一項新的研究中,來自中國科學院武漢病毒研究所和杜克-新加坡國立大學的研究人員在中國發現了由果蝠(蝙蝠的一種)攜帶的一種新的絲狀病毒,他們稱之為勐臘病毒(Menglà virus)。
  • 和伊波拉十分相似的馬爾堡病毒,名氣略小,威力卻一點不差
    當他仔細查看的時候,發現這兩隻猴子有點恐怖,眼眶深陷,眼球充滿了血絲,呈現出恐怖的紅褐色,就像中了邪一樣。當他想要伸手去撫摸它們的時候,這兩隻猴子突然狂躁起來,狠狠地咬了他一口。飼養員悻悻地離開了,他以為這兩隻猴子患了狂犬病,而自己公司做足了充分準備,定期打各種疫苗,所以並沒有在意。
  • 變異新冠病毒是原始病毒的「升級版」嗎?
    那麼,應如何看待新冠病毒變異?英國這次報告的變異病毒是否具有更強的致病性及致命性?疫苗會不會就此失效? 病毒常「犯錯」儘管「病毒在持續變異」這句話聽來讓人膽戰心驚,但事實上,為適應不同宿主,變異是病毒自我複製過程中的「常態」。
  • 病毒之王「伊波拉」一個在黑暗中不斷窺探我們人類的殘酷殺手
    伊波拉的發現歷史:想要搞清楚伊波拉是什麼時候出現的就必須要提一下伊波拉病毒的同胞兄弟一個名叫「馬爾堡病毒」這是人類發現的第一種線狀病毒。然後科學家們開始對患者的血液和組織進行培養分離,最後成功的分離出一種以前從來沒有見過的新型線狀病毒,所以就以爆發地點命名了這種病毒「馬爾堡病毒」,以後,在南非、肯亞、辛巴威也相繼出現過馬爾堡病毒感染的病例。
  • 科普|變異新冠病毒是原始病毒的「升級版」嗎
    那麼,應如何看待新冠病毒變異?英國這次報告的變異病毒是否具有更強的致病性及致命性?疫苗會不會就此失效?病毒常「犯錯」儘管「病毒在持續變異」這句話聽來讓人膽戰心驚,但事實上,為適應不同宿主,變異是病毒自我複製過程中的「常態」。
  • 繼英國後巴西也發現變異新冠病毒,專家稱半年前就已在一些病例中出現
    東方網·縱相新聞記者 周安娜繼英國出現新冠病毒變種後,巴西研究人員表示,他們在該國裡約熱內盧市也發現了新的冠狀病毒株,且出現時間早於英國的變異病毒據西班牙埃菲社22日報導,巴西國家科學計算實驗室(LNCC)與裡約熱內盧聯邦大學(UFRJ)聯合進行的一項研究表明,他們發現的這種